CN102652181B - 焊接变形较小且耐腐蚀性优良的钢板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种焊接变形较小且耐腐蚀性优良的钢板。该钢板的特征在于，具有这样的化学组成，即，以质量％计，含有C：0.02％～0.25％、Si：0.01％～0.7％、Mn：0.3％～2％、P：0.05％以下、S：0.008％以下、Cu：小于0.2％、Cr：1％～2.5％、Mo：0.05％以下、Nb：0.005％～0.1％、Al：0.003％～0.1％、N：0.01％以下及Sn：0.03％～0.50％，剩余部分由Fe及杂质构成，且Cu／Sn比为1以下，金相组织由10％～60％的铁素体组织和40％～90％的贝氏体组织及／或马氏体组织构成，而且，该铁素体组织的平均粒径为30μm以下，贝氏体组织及／或马氏体组织的硬度与铁素体组织的硬度之比为1.5以上。也可以还含有Ti、Ni、V、B、Zr、Ca、Mg及REM中的一种或两种以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种在造船、海洋构造物、建筑构造物、桥梁、土木等领域中采用的、焊接变形较小且耐腐蚀性优良的钢板。特别是涉及一种在角焊缝焊接作业时产生的焊接变形较小且耐腐蚀性优良的钢板。
背景技术
通常，在制作各种焊接钢构造物时，由焊接金属的凝固收缩及其之后的冷却和相变引起的收缩、膨胀导致发生变形。作为焊接变形的代表，能够列举出T型角焊缝焊接部的角变形。在残留着角变形地制作构造物时，压曲强度由于构件的变形而大幅度降低、或者破坏特性劣化，因此，有可能不成为设计者期待的构造物。为了防止该事态，通过进行各种研究来谋求防止对策。
将目前应用的焊接变形防止对策大致分类，有如下的（i）～（iii）这3个。
（i）设计的研究（提高被变形构件的刚性的方法）
焊接变形残留的原因是因为焊接金属、母材的焊接终端部附近受到塑性变形。受到了塑性变形的部位欲使其外侧部分弹性变形，但在刚性较高、即截面积较大的情况下，受到了塑性变形的部位的变形量变小。因而，增大截面积地设计变更能够作为一个防止对策。但是，在使用钢材的成本上升、重量上升及工期长期化的方面，增大截面积这样的设计变更的损失较多。
（ii）焊接时的研究
在焊接时，能够通过进行某种研究来防止焊接变形。存在几种方法，但首先在焊接之前预先向反方向弯曲。在焊接之后虽产生角变形，但有可能通过预先向反方向弯曲而精加工成目标形状。另外，也存在焊接时约束端部而不容许变形的方法。并且，有时也采用通过设置后行焊炬而在焊接之后将适当的位置再加热来反向回直的方法。但是，由于均伴随着作业量的大幅度增加，因此，成为成本上升的主要原因。
（iii）焊接后的矫正加工
作为焊接之后进行矫正的方法，存在机械校正和线状加热矫正。但是，这些方法也需要大幅度增加作业量，并且，也要求熟练的高超技能。
上述（i）～（iii）的对策全部是制作上的研究，但例如在专利文献1中提出了通过焊接材料的研究来谋求降低焊接变形。但是，在焊接材料的成本上升损害经济性、或者效果不充分时，问题较多，是在现实中无法进行应用的状况。
相对于此，也存在想要通过作为母材的钢材的研究来抑制焊接变形的例子，如下所述那样提出了几种方案。
在专利文献2中公开了一种通过复合添加Nb和Mo来促进焊接热历程中的析出而提高屈服应力的方法。但是，特别是Mo的添加会导致大幅度的成本上升，因此缺乏通用性。
在专利文献3及专利文献4中记载有如下内容：通过将作为母材的钢材的贝氏体及／或马氏体的分率控制在20％以上，并规定碳氮化物的分散状态，来提高屈服应力，由此抑制焊接变形。但是，在实用上并不一定能够达到获得充分的焊接变形降低效果。
而且，在专利文献5中记载有如下内容：通过使作为母材的钢材的贝氏体率为70％以上，并确保固溶Nb量为0.040％以上，来抑制焊接变形。但是，在贝氏体分率为70％以上时，不仅会产生母材的强度脱离通用范围的情况，由Nb导致的焊接裂纹性的损害也有可能成为问题。
另一方面，焊接钢构造物大多在海滨地区、散布有融雪盐的地区等飘来盐量较多的环境下，并且在造船领域中，在海水飞沫环境下使用。
通常，将耐气候性钢材暴露在大气腐蚀环境中时，在其表面形成有具有保护性的锈层，抑制之后的钢材腐蚀。因此，耐气候性钢材作为不涂装而能够裸露地使用的最低维护钢材用于桥梁等构造物。
但是，不仅在海滨地区，即使是在内陆部，在像散布有融雪盐、防冻剂的地区那样飘来盐量较多的地区中，也难以在耐气候性钢材的表面形成有具有保护性的锈层，难以发挥抑制腐蚀的效果。因此，在这些地区中，无法使用裸露着的耐气候性钢材，通常涂装使用对普通钢实施涂装地使用的普通钢。但是，在涂装使用该普通钢的情况下，由腐蚀导致涂膜劣化，需要约每10年再涂装，因此，维持管理所需的费用非常大。
近年来，在飘来盐量以NaCl计达到0.05mg／dm2／day（0.05mdd）以上的地区、例如海滨地区中，利用日本工业标准（JIS）标准化的耐气候性钢（JIS G 3114：焊接构造用耐气候性热轧钢材）因产生鳞状锈、层状锈等而被腐蚀量较大，因此，无法在无涂装的情况下使用（参照建设省土木研究所、（公司）钢材俱乐部、（公司）日本桥梁建设协会：与耐气候性钢应用于桥梁相关的共同研究报告书（XX）－无涂耐气候性桥梁的设计·施工要领（改订版－1993.3））。
这样，在海滨地区等盐分较多的环境下，通常对普通钢材进行涂装来处理。但是，现状是：建设在河口附近的海滨地区、撒有融雪盐的山间部等的道路中的桥梁腐蚀显著，不得不再涂装。为了这些再涂装要花费极大的作业量，因此，强烈要求能够无涂装地使用的钢材。
最近，开发了一种添加1％～3％左右的Ni而成的Ni系高耐气候性钢。但是，可明确在飘来盐量大于0.3mdd～0.4mdd的地区中，在仅添加该Ni的情况下，难以应用于能够无涂装地使用的钢材。
由于钢材的腐蚀随着飘来盐量增多而变剧烈，因此，从耐腐蚀性和经济性的方面考虑，需要石英飘来盐量的耐气候性钢材。另外，即使是桥梁，根据使用的场所、部位的不同，钢材的腐蚀环境也不同。例如，在横梁外部暴露在降雨、结露水和日照中。另一方面，在横梁内部虽暴露在结露水中，但不会被雨淋。通常，在飘来盐量较多的环境中，可以说横梁内部的腐蚀比横梁外部剧烈。
另外，在道路上撒有融雪盐、防冻剂的环境中，该盐被行驶中的车卷起，附着在支承道路的桥梁上，因此，成为严酷的腐蚀环境。并且，稍稍远离海岸的屋檐下等也暴露在严酷的盐害环境下，在该地区中，成为飘来盐量为1mdd以上的严酷的腐蚀环境。
为了应对该问题，以往开发了一种防止飘来盐量较多的环境下的腐蚀的钢材。
例如，在专利文献6中提出了一种增加铬（Cr）含有量而成的耐气候性钢材，而且，在专利文献7中提出了一种增加镍（Ni）含有量而成的耐气候性钢材。
但是，上述专利文献6提出的增加铬（Cr）含有量而成的耐气候性钢材虽然在一定程度以下的飘来盐量的区域中能够改善耐气候性，但在超过该程度的严酷的盐分环境下反而使耐气候性劣化。
另外，在上述专利文献7提出的增加镍（Ni）含有量而成的耐气候性钢材的情况下，耐气候性虽一定程度地得到改善，但钢材自身的成本升高，作为用于桥梁等用途的材料非常昂贵。为了避免这一点，在减少Ni含有量时，耐气候性没怎么改善，在飘来盐量较多的情况下，产生在钢材表面生成层状的剥离锈、腐蚀显著、经不起长期使用这样的问题。
专利文献1：日本特开平7－9191号公报
专利文献2：日本特开平7－138715号公报
专利文献3：日本特开2003－268484号公报
专利文献4：日本特开2006－2211号公报
专利文献5：日本特开2006－2198号公报
专利文献6：日本特开平9－176790号公报
专利文献7：日本特开平5－118011号公报
这样，在以往方法中，从经济性及再现性的方面考虑分别存在困难，在实用上改良的余地很大。
特别是，在使用厚度15mm以上的厚钢板制造的焊接构造物中，即使各个焊接部位的变形量较小，焊接构造物整体也能够产生较大的变形，因此，需要极力减小焊接变形量。另外，厚度的上限并没有特别的限定，但优选能够处理达到50mm的厚钢板。
并且，在飘来盐量较多的环境下使用的焊接钢构造物中，耐涂装剥离性成为很大的问题。即，如上述所示，在会有大量的氯化物飘来的海岸环境、散布有融雪剂或防冻剂的环境中，即使实施涂装，也存在涂装很快剥离且进行腐蚀这样的问题，需要每几年～十几年实施涂装的重新涂刷。另外，在实施涂装的重新涂刷时，作为其前工序，需要在腐蚀了一次的桥梁上组装脚手架而再次实施喷砂处理，因此要花费极大的成本。而且，在即使再次实施喷砂处理也很难完全除去锈的情况下，即使在无法完全除去锈的钢材上再次涂装，涂装寿命也显著缩短。耐涂装剥离性大多情况下取决于包含作为基底的钢材耐腐蚀性在内的特性。
因而，强烈期望延长涂装的寿命而将补修涂装间隔拉得较长。即，在需要涂装的船舶领域、桥梁领域中，产品寿命成本最低化的要求也较高，在考虑到桥梁的产品寿命管理的基础之上，延长涂装寿命也是非常重要的。
发明内容
发明要解决的问题
本发明鉴于上述情况，确立以低成本且可靠地抑制焊接变形的技术，其目的在于提供一种焊接变形较小的钢板，特别是，目的在于提供一种在角焊缝焊接中焊接变形较小的钢板。另外，焊接变形量的目标值为以往钢的1／2。
本发明的目的还在于提供一种高氯化物环境中的耐腐蚀性（包括涂装未剥离且抑制涂装缺陷部的腐蚀而维持耐腐蚀性（耐涂装剥离性）以及无涂装时的耐气候性）也很优良的钢材。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决该课题，基于各种研究的结果，规定钢板的化学组成，并且，也对其金相组织进行了规定。图1表示利用与实验同时实施的热力耦合FEM解析得到的各材料物性值的独立的影响。另外，图2表示FEM解析的计算条件。
在图1中，横轴是导热系数（标白圈的线）、相变点Ac1（标黑圆的线）、强度TS（标四方形的线），纵轴表示角变形量。由图1可知，即使增大钢板的导热系数，角变形量也不会变化，在相变点上升时，角变形量变大，在强度变大时，角变形量变小。因此，焊接变形特别是很大程度地依赖于强度、相变点，在使焊接变形量（角变形量）的目标值为以往钢（角变形量约为0.8mm）的1／2、即0.4mm时，强度极高，脱离通用强度级别。脱离通用强度级别不仅是通常的商业交易上的对象之外，也有可能同时产生构造设计上的问题、焊接性的问题，并不理想。
因此，本发明人等的目标在于开发一种保持着适合通用强度级别的常温强度就能够增加高温强度的钢种。
另外，以往据说是对高温强度的增加有效果的Mo导致合金成本昂贵，引起成本上升，因此并不现实。因此，本发明人等着眼于比较廉价且对焊接性的不良影响也较小的Cr，实施了各种试验。结果，得到了以下的（a）～（d）所示的见解。
（a）Cr能够增加高温强度。在含有Cr 1.0％以上时，即使不使Mo共存，也能够确保高温强度，由此能够充分地抑制焊接变形。但是，在Cr的含有量小于1.0％时，在使Mo不共存的情况下，不能充分地确保高温强度。
（b）另外，必须含有Nb。通过含有Nb，会充分地确保高温强度。另外，Nb的添加量为少量较佳，为0.00 5％以上即可。
（c）为了适合于通用强度级别，必须含有铁素体组织。从韧性的方面考虑，铁素体组织的晶粒直径需要为30μm以下。另外，为了使焊接变形最小化，由贝氏体组织或者马氏体组织构成的硬相的硬度较硬的方式为佳，硬相与软相的硬度比需要为1.5以上。
（d）钢板的制造方法也可以是通常的条件，但与通常钢相比存在淬透性较高的倾向，因此，优选为了适合于通用强度级别而进行研究。
另一方面，本发明人等基于对飘来盐量较多的环境下的腐蚀进行研究的结果，发现在这样的环境下，FeCl3溶液的干湿反复是腐蚀的本质条件，在利用Fe3＋的水解使pH降低的状态下，且通过Fe3＋起到氧化剂的作用使腐蚀加速。
此时的腐蚀反应如下所述。
作为阴极反应，主要发生以下反应。
Fe3＋＋e－→Fe2＋（Fe3＋的还原反应）
而且，除该反应之外，也同时发生以下的阴极反应。
2H2O＋O2＋2e－→4OH－
2H＋＋2e－→H2
另一方面，相对于上述Fe3＋的还原反应，发生以下的阳极反应。
阳极反应：Fe→Fe2＋＋2e－（Fe的溶解反应）
因而，腐蚀的综合反应如以下（1）式。
2Fe3＋＋Fe→3Fe2＋……（1）式
利用上述（1）式的反应生成的Fe2＋通过空气氧化而被氧化成Fe3+，生成的Fe3＋再次起到氧化剂的作用，加速腐蚀。此时，Fe2＋的空气氧化的反应速度在低pH环境下通常较慢，但在浓稠氯化物溶液中加速，易于生成Fe3+。由于是这样的循环的反应，因此，可明确在飘来盐量非常多的环境下，始终持续供给Fe3+，钢的腐蚀加速，耐腐蚀性显著劣化。
本发明人等基于以该盐分环境中的腐蚀机理，对各种合金元素对耐气候性的影响进行研究，结果得出了下述（e）～（g）所示的见解。
（e）Sn作为Sn2＋溶解，利用2Fe3＋＋Sn2＋→2Fe2＋＋Sn4 ＋的反应使Fe3＋的浓度降低，从而抑制（1）式的反应。Sn还具有抑制阳极溶解这样的作用。
（f）Cu以往是在飘来盐量较多的环境中作为耐腐蚀性改善效果的根本的元素，在湿润时间比较长的环境中显现耐腐蚀性改善效果。但是，可明确在氯化物浓度更大、pH局部下降的环境、例如通过盐分附着、湿度变化而干湿反复，生成β－FeOOH这样的比较干的环境下，Cu倒是促进腐蚀。
（g）这样，积极地含有Sn且抑制了Cu含有量的钢材能够期待较高的耐腐蚀性。并且，由于耐腐蚀性较高，因此，即使对钢材进行涂装，由钢材腐蚀引起的涂装剥离也较少，抑制涂装缺陷部的腐蚀。另一方面，也能够期待涂膜的防腐蚀效果，因此，在涂装的情况下，能够期待更高的耐腐蚀性的效果。因而，除耐腐蚀性之外，也具有能够延长涂装的寿命，将补修涂装间隔拉得较长的作用。特别是在船舶领域、桥梁领域中的耐涂装剥离性的改善中发挥效果。
本发明即是以上述见解为基础而完成的，其主旨在于下述（1）～（4）所示的焊接变形较小且耐腐蚀性优良的钢板。
（1）一种焊接变形较小且耐腐蚀性优良的钢板，其特征在于，具有这样的化学组成，即，以质量％计，含有C：0.02％～0.25％、Si：0.01％～0.7％、Mn：0.3％～2％、P：0.05％以下、S：0.008％以下、Cu：小于0.2％、Cr：1％～2.5％、Mo：0.05％以下、Nb：0.005％～0.1％、Al：0.003％～0.1％、N：0.01％以下及Sn：0.03％～0.50％，剩余部分由Fe及杂质构成，且Cu／Sn比为1以下，金相组织由10％～60％的铁素体组织和40％～90％的贝氏体组织及／或马氏体组织构成，而且，该铁素体组织的平均粒径为30μm以下，贝氏体组织及／或马氏体组织的硬度与铁素体组织的硬度之比为1.5以上。
（2）根据上述（1）的焊接变形较小的耐腐蚀性优良的钢板，其特征在于，以质量％计，该钢板还含有Ti：0.1％以下。
（3）根据上述（1）或（2）的焊接变形较小的耐腐蚀性优良的钢板，其特征在于，以质量％计，该钢板还含有Ni：3.5％以下、V：0.1％以下、B：0.004％以下及Zr：0.02％以下中的一种或两种以上。
（4）根据上述（1）～（3）中任一项的焊接变形较小的耐腐蚀性优良的钢板，其特征在于，以质量％计，该钢板还含有Ca：0.004％以下、Mg：0.002％以下及REM：0.002％以下中的一种或者两种以上。
另外，从钢板的焊接变形较小的焊接方法的方面考虑来考察本发明时，认为：钢板的焊接变形实质上是焊接热影响部的焊接变形，因此，在焊接热影响部中只要在满足规定条件的基础之上进行焊接，就能提高焊接变形抑制能。
因而，从焊接方法的方面考虑，本发明也能够把握为“一种钢板的焊接方法，该钢板具有这样的化学组成，即，以质量％计，含有C：0.02％～0.25％、Si：0.01％～0.7％、Mn：0.3％～2％、P：0.05％以下、S：0.008％以下、Cu：小于0.2％、Cr：1％～2.5％、Mo：0.05％以下、Nb：0.005％～0.1％、Al：0.003％～0.1％、N：0.01％以下及Sn：0.03％～0.50％，剩余部分由Fe及杂质构成，且Cu／Sn比为1以下，其特征在于，焊接前钢板的将成为焊接热影响部的部位的金相组织由10％～60％的铁素体组织和40％～90％的贝氏体组织及／或马氏体组织构成，而且，该铁素体组织的平均粒径为30μm以下，贝氏体组织及／或马氏体组织的硬度与铁素体组织的硬度之比为1.5以上。”。
当然，该钢板也能以质量％计，还含有Ti：0.1％以下、Ni：3.5％以下、V：0.1％以下、B：0.004％以下、Zr：0.02％以下、Ca：0.004％以下、Mg：0.002％以下及REM：0.002％以下中的一种或两种以上。
另外，如后所述，既可以在作为母材的整个钢板满足上述条件地制造的基础之上进行焊接，也可以仅加工作为母材的钢板中的欲焊接的部位（成为焊接热影响部的部位），在满足上述条件的基础之上对该部位进行焊接。
而且，该焊接方法也能够在焊接变形较大的角焊缝焊接时应用。另外，角焊缝焊接在搭接接头、T接头、十字接头等中进行，该焊接方法对于因接头母材的相对的位置关系而产生特别大的焊接变形的T接头和十字接头的角焊缝焊接特别有效。
发明的效果
采用本发明，能够提供一种能够以低成本且可靠地抑制焊接变形、并且耐腐蚀性也很优良的钢板。
附图说明
图1是表示各材料物性值对焊接角变形量的影响的FEM计算结果。
图2是表示FEM解析的计算条件的示意图。
图3是表示评价焊接角变形量所采用的试验片的图。
图4是表示焊接角变形量的定义的图。
具体实施方式
在本发明中，限定焊接变形较小的钢板的化学组成及金相组织的理由如下。
（A）钢板的化学组成
钢板的各成分的作用效果及各成分优选的含有量如下所述。另外，与含有量相关的“％”是指“质量％”。
C：0.02％～0.25％
C是对强度提高最有效的元素，而且是廉价的元素。但是，在小于0.02％时，需要通过同时使用其他元素来保证强度，结果，会导致成本上升。另外，在大于0.25％地含有时，明显地损害焊接性。因而，C的含有量为0.02％～0.25％。
Si：0.01％～0.7％
Si是有助于提高强度的元素。但是，在小于0.01％时，无法确保所需的强度。另外，在大于0.7％地添加时，会明显地使母材韧性和焊接热影响部（HAZ）韧性劣化。因而，Si的含有量为0.01％～0.7％。
Mn：0.3％～2％
Mn是为了确保强度所需的元素。但是，在小于0.3％时，无法确保所需的强度。另外，在大于2％地添加时，焊接性劣化。因而，Mn的含有量为0.3％～2％。
P：0.05％以下
P是作为杂质而存在于钢中的元素。在P的含有量大于0.05％时，不仅会偏析到晶界中而使韧性降低，而且在焊接时导致高温裂纹，因此，使P的含有量为0.05％以下。
S：0.008％以下
S是作为杂质而存在于钢中的元素。在S的含有量大于0.008％时，助长中心偏析、或者大量生成延伸形状的MnS，因此，母材和HAZ的机械性质劣化。因而，使S含有量的上限为0.008％。
Cu：小于0.2％
Cu通常作为提高耐气候性的基本元素，添加到所有的海滨耐气候性钢、耐腐蚀钢中，但在高飘来盐分下的比较干的环境中，倒是降低耐腐蚀性。另外，若与Sn共存，则在轧制时产生裂纹。因而，需要抑制Cu的含有量。即使作为杂质含有，Cu含有量也需要小于0.2％。优选小于0.1％。
Cr：1％～2.5％
Cr是对提升淬透性而提高强度有效的元素。为了获得该效果，需要添加1％以上。但是，在大于2.5％时，韧性劣化。因而，Cr的含有量为1％～2.5％。另外，Cr的优选含有量为1％～1.8％。另外，如后所述，Cr是在盐分环境下使耐腐蚀性劣化的元素，但若与Sn共存，则会显著地抑制其不良影响。
Mo：0.05％以下
由于Mo会导致成本显著增加，因此不添加。另外，虽存在作为杂质而混入的情况，但即使在这种情况下，Mo的含有量也为0.05％以下。
Nb：0.005％～0.1％
Nb具有使钢板的金相组织的再结晶化延缓的效果。但是，在其含有量小于0.005％时，无法获得该效果。另外，在大于0.1％时，上述效果饱和而明显损害HAZ的韧性。因而，Nb的含有量为0.005％～0.1％。另外，Nb含有量的范围的优选下限为0.008％，优选上限为0.020％。
Al：0.003％～0.1％
Al是为了脱氧所必需的元素。为了可靠地进行脱氧，需要0.003％以上的含有量。但是，在大于0.1％时，特别是在HAZ中韧性易于劣化。一般认为其原因在于，易于形成粗大的束状的氧化铝系夹杂物粒子。因而，Al的含有量为0.003％～0.1％。
N：0.01％以下
N是作为杂质而存在于钢中的元素。在N的含有量大于0.01％时，会导致母材韧性和HAZ韧性恶化。因而，使N的含有量的上限为0.01％。
Sn：0.03％～0.50％
Sn成为Sn2＋而溶解，具有利用酸性氯化物溶液中的抑制剂作用来抑制腐蚀的作用。另外，通过具有使Fe3＋迅速还原、降低作为氧化剂的Fe3＋浓度的作用，来抑制Fe3＋的腐蚀促进作用，因此，提升高飘来盐分环境中的耐气候性。另外，Sn存在抑制钢的阳极溶解反应而提升耐腐蚀性的作用。并且，通过含有Sn，能够发挥在飘来盐分较多的环境中也能提升Cr的耐气候性的效果。这些作用通过含有Sn0.03％以上来获得，在大于0.50％时饱和。因而，Sn含有量的范围的优选下限为0.03％，优选上限为0.20％。
Cu／Sn比：1以下
在含有Sn的钢的情况下，若与Cu共存，则耐腐蚀性显著降低。另外，在制造钢材时，也会因含有Cu而导致轧制裂纹。因此，需要使Cu／Sn比、即Cu含有量与Sn含有量之比为1以下。
本发明的钢板具有上述化学组成，剩余部分由Fe及杂质构成。在此，杂质的意思是指在工业上制造钢板时由于制造工序的各种原因主要从矿石、废料等这样的原料混入的成分，是在不会对本发明产生不良影响的范围内所容许的成分。
本发明的钢板除了上述元素之外，如下所述能够根据需要含有从下面的第1组～第3组中的至少1组选择的1种以上成分。下面，对属于这些组的成分进行说明。
第1组的成分：Ti
Ti：0.1％以下
由于Ti主要起到脱氧元素的作用，因此，能够根据需要含有。但是，由于脱氧也能够利用Al进行，因此，并不一定必须含有。但是，在Ti含有量较多的情况下，形成有Ti氧化物或者Ti－Al氧化物，因此，特别是会丧失使小线能量焊接热影响部的组织微细化的能力。因此，含有的情况下的Ti含有量为0.1％以下。另外，为了稳定地获得通过含有Ti产生的脱氧效果，优选使其含有量为0.01％以上。
第2组的成分：Ni、V、B、Zr
Ni：3.5％以下
由于Ni是提高母材韧性，而且利用淬透性提升也有助于强度提高的元素，因此，能够根据需要含有。但是，由于Ni是昂贵的元素，因此，在过量含有Ni时，会导致成本大幅度上升。另外，若与Sn共存，则会使存在氯化物的环境下的耐腐蚀性劣化。因而，使含有的情况下的Ni含有量的上限为3.5％以下。优选为1.0％以下。更优选为0.5％以下。另外，为了稳定地获得通过含有Ni产生的上述效果，优选使其含有量为0.02％以上。
V：0.1％以下
由于V是对强度提高有效的元素，因此，能够根据需要含有。但是，在V的含有量大于0.1％时，韧性很大程度地劣化，因此，含有的情况下的V含有量为0.1％以下。另外，为了稳定地获得通过含有V产生的强度提高效果，优选使其含有量为0.005％以上。
B：0.004％以下
由于B具有提升淬透性而提高强度的作用，因此，能够根据需要含有。但是，在B的含有量大于0.004％时，提高强度的效果饱和，而且，母材、HAZ的韧性劣化的倾向均变显著。因而，含有的情况下的B含有量为0.004％以下。另外，为了稳定地获得通过含有B产生的提高淬透性和强度的效果，优选B含有量为0.0003％以上。
Zr：0.02％以下
由于Zr具有在钢中使氮化物微细分散析出，提高强度的效果，因此，能够根据需要含有。但是，在大于0.02％地添加时，形成粗大析出物，使韧性劣化，因此，含有的情况下的Zr含有量为0.02％以下。另外，为了稳定地获得通过含有Zr产生的强度提高效果，优选Zr含有量为0.0003％以上。
第3组：Ca、Mg、REM
Ca：0.004％以下
Ca与钢中的S进行反应，在钢水中形成氧硫化物（硫氧化物）。该氧硫化物与MnS等延伸形状的夹杂物不同，不会因轧制加工而在轧制方向上伸长，在轧制之后也是球状，因此，具有抑制以延伸形状的夹杂物的顶端等为裂纹起点的焊接裂纹、氢致裂纹的作用，能够根据需要含有。但是，在其含有量大于0.004％时，有可能导致韧性劣化。因而，含有的情况下的Ca含有量为0.004％以下。另外，为了稳定地获得抑制焊接裂纹、氢致裂纹的效果，优选Ca含有量为0.0003％以上。
Mg：0.002％以下
Mg生成含Mg氧化物，成为TiN的产生核，具有使TiN微细分散的效果，因此，能够根据需要含有。但是，在其含有量大于0.002％时，氧化物过多而导致延展性降低。因而，使含有的情况下的Mg含有量的上限为0.002％。另外，为了稳定地获得使TiN微细分散的效果，优选Mg含有量为0.0003％以上。
REM：0.002％以下
由于REM有助于焊接热影响部组织的微细化、S的固定，因此，能够根据需要含有。但是，在其含有量大于0.002％时，REM成为对母材的韧性产生不良影响的夹杂物，因此，含有的情况下的REM含有量为0.002％以下。另外，为了稳定地获得组织的微细化、S的固定效果，优选R EM含有量为0.0003％以上。另外，REM是Y和Sc加上镧系的15个元素共计17个元素的总称，能够含有这些元素中的一种或者两种以上。另外，REM的含有量是指这些元素的合计含有量。
（B）金相组织
金相组织的铁素体分率为10％～60％。从防止焊接变形的方面考虑，作为易于屈服的组织的铁素体较少的方式为佳，但为了适合于通用强度钢的强度范围，使铁素体分率的上下限分别为60％和10％。另外，从破坏韧性的方面考虑，铁素体组织的平均粒径较小的方式为佳。而且，在铁素体组织的平均粒径大于30μm时，无法获得充分的破坏韧性，因此，使其上限值为30μm。
除铁素体组织之外的组织是贝氏体组织及／或马氏体组织。因而，贝氏体组织及／或马氏体组织的分率为40％～90％。另外，贝氏体组织及／或马氏体组织是指贝氏体组织、马氏体组织或者（贝氏体＋马氏体）组织。
在此，将铁素体称作软相，而且，将贝氏体组织及／或马氏体组织称作硬相。由于需要极力防止原料在多种多样的温度下全屈服，因此，最好硬相的硬度较高。另一方面，通过存在软相，作为构造用钢，能够将屈服强度和抗拉强度调整到适合于标准等的范围。但是，如上所述，能够通过预先使硬相变硬来抑制焊接变形，因此，在此，使用硬相和软相的硬度比这样的指标来规定焊接变形抑制能。根据发明人等的研究，在硬相的硬度为软相硬度的1.5倍以上时，会明显提高焊接变形抑制能，因此，硬度比为1.5倍以上。
接着，对用于得到本发明的钢板的轧制、热处理的条件等进行说明。
在热轧之前首先加热钢块，若使此时的加热温度为Ac3点以上，则能够完全形成奥氏体相，在没有未相变部分的状态下均质化，因此，优选使加热温度为Ac3点以上。具体地讲，优选加热到900℃～1200℃。而且，若在热轧时使薄壁端的精轧温度为900℃以下，则晶粒成为适度的大小，原料的破坏韧性充分，因此，优选为900℃以下。精轧温度的下限并没有特别的限定，只要能够使强度适合通用强度范围，就可以是任何条件。但是，若使精轧温度为700℃以上，由二相区加工产生的各向异性并不明显，因此较为理想。接着轧制，也进行加速冷却等较佳。在进行加速冷却的情况下，优选在轧制后立即或者若干的放置时间之后，将中心部的冷却速度控制在0.5℃／s～20℃／s。冷却停止温度优选以150℃～500℃为目标地进行控制。另外，也可以在轧制后适当地实施热处理。在实施热处理的情况下，优选进行退火处理或回火处理，温度分别优选选择800℃～1100℃、300℃～700℃的温度带。
实施例
表示本发明的钢板的一例子。利用表2所示的各个加热温度、精加工温度、加速冷却、热处理条件来制造表1所示的组成成分的钢块。钢板的厚度为16mm。
表1
表2
表2
另外，表3分别表示这样得到的钢板的屈服点YP、抗拉强度TS、转变温度vTrs、铁素体分率、铁素体平均粒径、硬相和软相的硬度比、焊接角变形量、板厚减少量及剥离面积率。
表3
表3
另外，为了测定得到的钢板的拉伸特性，按照JIS－Z－2201所述的试验方法采集试片。采集位置是板厚（t）方向的（1／4）t厚近边及L方向（与轧制方向平行）。另外，屈服点作为10N／mm·s的试验速度求出下屈服点，在没有出现明确的屈服点的情况下为0.2％耐力。作为拉伸特性的目标值，屈服点YP为350N／mm2以上，而且，抗拉强度TS为490N／mm2～720N／mm2。
另外，为了测定得到的钢板的冲击特性，按照JIS－Z－2202所述的试验方法采集试片。采集位置是板厚（t）方向的（1／4）t厚近边及L方向（与轧制方向平行），做成2mmV槽口（notch）夏比试验片，测定各种温度下的脆性断面率，求得转变温度。夏比特性的目标值为转变温度是0℃以下。组织观察利用光学显微镜来进行。对通过观察得到的图像进行图像解析。例如在计算粒径的情况下，测定短径和长径，由其和的1／2求得粒径。将对这样进行100个视场观察求得的各个粒子的粒径进行算术平均得到的值规定为“平均粒径”。另外，金相组织的铁素体分率通过计算铁素体相对于100个视场观察量的面积的面积比例来求得，该100个视场观察量的面积是利用与上述同样的观察法得出的。贝氏体分率和马氏体分率也同样，但表3仅表示铁素体分率。
并且，利用如下的要领对角焊缝焊接的焊接角变形量进行评价。
如图3所示，钢板制作T型的焊接试验片（单位：mm），用三角形的刚性较高的钢板约束单侧，对相反侧实施单遍的角焊缝焊接。使用的焊接材料是通常的50公斤钢用药芯焊丝（fluxcored wire），焊接条件为10.4kJ／cm（200A－26V－30cm／min）。在焊接后经过了充分时间之后，将试验片放置在定板上，在焊接开始位置、中央位置、终端位置这3处，利用游隙测量仪测定图4中定义的角变形量θ，将它们的平均值作为焊接角变形量。另外，利用该方法测定的通常的通用50公斤钢的焊接角变形量大约为1°左右，作为本发明的目标的焊接角变形级别为0.5°。
而且，关于耐腐蚀性，利用SAE（Society of AutomotiveEngineers）J2334试验对自得到的钢材得到的试验片进行评价。SAE J2334试验是将湿润：50℃、100％RH、6小时、盐分附着：0.5％NaCl、0.1％CaCl2、0.075％NaHCO3水溶液浸渍、0.25小时、干燥：60℃、50％RH、17.75小时作为1个循环（合计24小时）的加速试验，腐蚀形态与大气暴露试验类似（长野博夫、山下正人、内田仁著：环境材料学、共立出版（2004）、p.74）。另外，本试验是模拟飘来盐量大于1mdd这样严酷的腐蚀环境的试验。
在SAE J2334试验120个循环结束之后，除去各试验片表面的锈层，测定了板厚减少量。在此，“板厚减少量”是试验片的平均板厚减少量，是使用试验前后的重量减少和试验片的表面积来计算出来的。
另外，为了调查耐涂装剥离性，利用喷气法向150mm×70mm大小的试验片上以干燥膜厚为150μm的方式涂装改性环氧涂料（BANNOH200：中国涂料制），以达到钢材基底的深度进行划格（cross cut）之后，同样地利用SAE J2334试验进行了评价。
结果，在标记1－e的钢板（比较例）中，精加工温度较高为910℃，而且使冷却条件为气冷，因此，铁素体的生成量较多，而且，生成的铁素体粒生长而平均粒径变大。因此，抗拉强度变小。另外，无论硬相与软相的硬度比是否处于本发明的范围内，焊接角变形量都变大。一般认为其原因在于，作为软相的铁素体与硬相的量的平衡被打破。如上所述，标记1－e的钢板的抗拉强度较低，焊接角变形量也较大，因此是不适合作为构造用钢板的钢材。
接着，在标记1－f的钢板（比较例）中，使加热后的冷却速度为25℃／sec，因此，淬火过度而未生成铁素体，钢板自身的抗拉强度变大，而且韧性也很大程度地降低。焊接角变形量虽然较小，但也是不适合作为构造用钢板的钢材。
另外，在标记12－b的钢板（比较例）中，使水冷停止温度为120℃，淬火至比较低的温度，因此，硬相与软相的硬度比变小，焊接角变形量变大。
并且，在标记40－46的钢板（比较例）中，不满足本发明所规定的钢组成，钢板自身的韧性降低。是不适合作为构造用钢板的钢材。在标记47的钢板（比较例）中，在轧制时产生了裂纹，因此，将试验中止。另外，在标记48的钢板（比较例）中，本发明所规定的钢组成中的Sn含有量不满足，耐腐蚀性降低。
相对于此，可知在由其他的标记表示的本发明例的钢板中，拉伸特性均是屈服点YP为350N／mm2以上，而且，抗拉强度TS为490N／mm2～720N／mm2级的通用钢，转变温度vTrs、铁素体分率、铁素体平均粒径、硬相和软相硬度比也处于适当范围内，焊接角变形量也进入到目标的0.5°以内，因此，适合作为构造用钢板。还可知，也具有较高的耐腐蚀性，虽然在涂装的情况下的划格部出现了腐蚀，但由于钢板的剥离均较少，因此，能够将涂装的补修间隔拉长。
产业上的可利用性
像以上说明的那样，采用本发明，能够提供一种能够以低成本且可靠地在角焊缝焊接中抑制焊接变形、耐腐蚀性优良的钢板。
Claims (5)
1.一种焊接变形较小且耐腐蚀性优良、厚度为15mm以上的钢板，其特征在于，
具有这样的化学组成，即，以质量%计，含有C：0.02%～0.25%、Si：0.01%～0.7%、Mn：0.3%～2%、P：0.05%以下、S：0.008%以下、Cu：小于0.2%、Cr：1%～2.5%、Mo：0.05%以下、Nb：0.005%～0.1%、Al：0.003%～0.1%、N：0.01%以下及Sn：0.03%～0.50%，剩余部分由Fe及杂质构成，且Cu／Sn比为1以下，金相组织由10%～60%的铁素体组织和40%～90%的贝氏体组织及／或马氏体组织构成，而且，该铁素体组织的平均粒径为30μm以下，贝氏体组织及／或马氏体组织的硬度与铁素体组织的硬度之比为1.5以上。
2.根据权利要求1所述的焊接变形较小且耐腐蚀性优良、厚度为15mm以上的钢板，其特征在于，
以质量%计，该钢板还含有Ti：0.1%以下。
3.根据权利要求1或2所述的焊接变形较小且耐腐蚀性优良、厚度为15mm以上的钢板，其特征在于，
以质量%计，该钢板还含有Ni：3.5%以下、V：0.1%以下、B：0.004%以下及Zr：0.02%以下中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1或2所述的焊接变形较小且耐腐蚀性优良、厚度为15mm以上的钢板，其特征在于，
以质量%计，该钢板还含有Ca：0.004%以下、Mg：0.002%以下及REM：0.002%以下中的一种或者两种以上。
5.根据权利要求3所述的焊接变形较小且耐腐蚀性优良、厚度为15mm以上的钢板，其特征在于，
以质量%计，该钢板还含有Ca：0.004%以下、Mg：0.002%以下及REM：0.002%以下中的一种或者两种以上。
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